Magnetischer Fluss & Flussdichte: Grundlagen, Formeln & Anwendungen

Definition von magnetischem Fluss und magnetischer Flussdichte: Unterschiede

Der Satz von Kraftlinien, die den Nordpol eines Magneten verlassen, wird als Magnetischer Fluss (Φ) bezeichnet. Die Einheit des magnetischen Flusses ist Weber (Wb).

Der Weber ist die Einheit, die den magnetischen Fluss und somit die Anzahl der Kraftlinien bestimmt. Je konzentrierter diese Linien sind, desto stärker ist die magnetische Wirkung. Die Dichte dieser Kraftlinien wird als magnetische Flussdichte (B) bezeichnet. Ihre Einheit ist Weber pro Quadratmeter (Wb/m²) oder Tesla (T).

Mathematische Beziehung zwischen Fluss und Flussdichte

Die magnetische Flussdichte (Induktion) ist die Anzahl der Kraftlinien pro Quadratmeter:

B = Φ / S

• Φ (Fluss) [Wb]
• S (Fläche) [m²], ein Schnitt senkrecht zur Flussrichtung
• B (Magnetische Flussdichte) [Vs/m²] oder [T]

Magnetfelder um stromdurchflossene Leiter

Was ist die magnetische Flussdichte?

Die magnetische Flussdichte ist die Konzentration der magnetischen Kraftlinien.

Was geschieht, wenn ein gerader Draht Strom führt?

Wenn ein gerader Leiter von elektrischem Strom durchflossen wird, entstehen um ihn herum konzentrische magnetische Kraftlinien. Diese Kraftlinien können auf einer Ebene senkrecht zum Leiter durch Eisenspäne oder eine Kompassnadel sichtbar gemacht werden. Die Richtung der Kraftlinien wird durch die Rechte-Hand-Regel (Korkenzieher- oder Schraubenregel) bestimmt, und ihre Stärke hängt von der Stromstärke ab.

Was geschieht, wenn der Leiter eine Schleife oder Spule ist?

Wird ein elektrischer Leiter zu einer Stromschleife geformt, so bildet sich auch um diese ein Magnetfeld, das die Ebene der Schleife durchdringt. Gemäß der Stromrichtung treten die Kraftlinien auf der Rückseite der Schleife (Nordpol) aus, verlaufen um die Schleife herum und treten auf der Vorderseite (Südpol) wieder ein. Eine solche Stromschleife besitzt ähnliche magnetische Eigenschaften wie ein magnetisierter zylindrischer Stab.

Energiebedarf für den magnetischen Fluss im Elektromagneten

Der durch einen Elektromagneten erzeugte magnetische Fluss wird ohne zusätzlichen Energieaufwand aufrechterhalten, sobald der Strom fließt. Die Energie, die der Spule durch den Strom zugeführt wird (gemäß der Formel P = R · I²), wird vollständig als Wärme abgeführt (Joule-Wärme). Das Magnetfeld selbst ist eine direkte Folge des Stromflusses und erfordert keine kontinuierliche Energiezufuhr zu seiner Aufrechterhaltung, sondern nur zur Erzeugung und zum Fließen des Stroms, der die Wärme erzeugt.

Flussdichte in einer Spule ohne magnetischen Kern

Die magnetische Flussdichte (B) innerhalb einer langen Spule ohne magnetischen Kern (im Vakuum oder Luft) kann wie folgt berechnet werden:

B = μ₀ * (N * I) / l

• N: Anzahl der Windungen der Spule
• I: Stromstärke in der Spule (A)
• l: Länge der Spule (m)
• μ₀: Permeabilität im Vakuum oder Luft, 4π * 10⁻⁷ Tm/A (oder H/m)